DE19526121A1

DE19526121A1 - Verfahren zur Bestimmung von Kanaleigenschaften bei Funkeinrichtungen mit Codemultiplex mit verteilten Antennen

Info

Publication number: DE19526121A1
Application number: DE1995126121
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Kauschke
Original assignee: Deutsche Telekom AG; DeTeMobil Deutsche Telekom Mobilnet GmbH
Current assignee: Telekom Deutschland GmbH
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: DE19526121C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Kanaleigenschaften bei Funkeinrichtungen mit Codemultiplex mit verteilten Antennen mit einem Meßsender und einem Meßempfänger.

In Funkeinrichtungen, die auf Codemultiplex-Verfahren beruhen, werden RAKE-Empfänger verwendet, die aus dem empfangenen Signal mehrere zeitlich versetzte Arme entsprechend der Kanalimpulsantwort selektieren. RAKE-Empfänger sind deshalb besonders in solchen Umgebungen geeignet, die eine hohe Zeitdispersion aufweisen, d. h. eine Kanalimpulsantwort mit Echoanteilen. Während Zeitmultiplex- und Frequenzmultiplex-Systeme Mehrwegesignale mit großen Laufzeitdifferenzen vermeiden müssen, sind solche bei Codemultiplex-Systemen für eine einwandfreie Funktion der RAKE-Empfänger unentbehrlich.

Die Zeitdispersion eines Kanals wird gewöhnlich mit Hilfe des RMS-Delay-spreads

T_ds = {[∫(t-T)²P(t)dt]/[∫P(t)dt]}^1/2

beschrieben, wobei T die mittlere Zeitverzögerung der Zeitverzögerungsleistung P(t) ist.

Insbesondere in Gebäuden weist der Kanal jedoch nur eine geringe Zeitdispersion auf, die zum Betrieb eines RAKE-Empfängers zu klein ist. Übliche RAKE-Empfänger benötigen nämlich eine Zeitverzögerung von mehr als 10^-6s zwischen verschiedenen abgetasteten Armen. Diese liegt erheblich über der in Gebäuden vertretenden Zeitdispersion von maximal 150 ns. Dieses betrifft sowohl Hallen als auch übliche Wohn- und Bürobauten.

Ein bekanntes Verfahren, bei dem Codemultiplex-Signale auch in Gebäuden mit RAKE-Empfängern empfangen werden können, besteht darin, daß der Empfänger auf mehrere Antennen zugreift, zwischen denen eine künstliche Zeitverschiebung besteht. Hierfür ist der Ausdruck "Distributed Antenna" bzw. "verteilte Antennen" bekanntgeworden. Solche Verfahren sind beispielsweise beschrieben in: Telecommunications Industrie Association, TIA/EIA/IS-95, "Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular Systems", 1993 und Motorola Inc., and Qualcomm Inc., "The CDMA PCS System Common Air Interface Proposal, to the Joint Technical Committee (JTC)", Nov., 1993.

Eine Aussage über die Qualität einer Funkeinrichtung innerhalb eines Gebäudes ist sowohl mit Simulationen als auch mit Messungen möglich. Insbesondere für Simulationen, aber auch für den Test der benötigten Geräte mit Hilfe von Kanalsimulatoren ist es erforderlich, daß eine geeignete Beschreibung des Funkkanals bei der Verwendung von verteilten Antennen vorliegt.

In Xia H.H.Herrera A., Kim S., Rico F., and Bettencourt B., "Measurements and Modelling of CDMA PCS In-Building Systems with Distributed Antenna", Proceedings of 44th VTC Conference, Stockholm, June 1994 ist zwar bereits ein Verfahren zum Testen von realisierten CDMA-Funksystemen (IS-95) veröffentlicht. Eine von CDMA-Funksystemen unabhängige Erzeugung von Kanaldaten wird dort nicht beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung von Kanaleigenschaften bei Funkeinrichtungen mit Codemultiplex mit verteilten Antennen anzugeben, bei welchem die durch die verteilten Antennen bedingten Kanaleigenschaften möglichst genau berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß mit einer Antenne am Meßsender oder Meßempfänger bei hoher Zeitauflösung die Zeitdispersion der empfangenen Signale in Abhängigkeit vom Ort des Meßempfängers gemessen und aufgezeichnet wird und daß ferner mit mehreren Antennen am Meßsender oder Meßempfänger, deren Signale mindestens um den Kehrwert der Bandbreite des Codemultiplex-Signals gegeneinander verzögert sind, die Zeitdispersion der empfangenen Signale in Abhängigkeit vom Ort des Meßempfängers gemessen und aufgezeichnet wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß als Maß für die Zeitdispersion das Delay-spread (T_ds) aus der gemessenen Zeitdispersion berechnet und aufgezeichnet wird. Außerdem kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, daß ferner aus der gemessenen Zeitdispersion die Leistung der natürlichen und künstlichen Echoanteile berechnet und aufgezeichnet wird. Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zeitauflösung 20 ns.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist außer dem Vorteil einer genaueren Bestimmung der Kanalimpulsantwort und somit der Zeitdispersion auch einen Zeitvorteil auf. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erzeugung von Datenbanken mit Kanaldaten zum Einsatz in Planungsmodellen, Simulationen und Systemtests für CDMA mit verteilten Antennen. Mit Hilfe der Simulationen ist dann beispielsweise ein Test von CDMA-Empfängern möglich.

Geeignete Meßsender und Meßempfänger sind auf dem Markt erhältlich, mit welchen die momentane Kanalimpulsantwort mit hoher Dynamik, von beispielsweise < 30 dB, mit guter Zeitauflösung von höchstens 20 ns und auf Raumskalen von weniger als einem Viertel der Wellenlänge gemessen werden kann. Damit kann die tatsächliche momentane Signalimpulsantwort mit allen Echoanteilen in Gebäuden gemessen werden. Ein aus einem geeigneten Meßsender und Meßempfänger bestehender Channel Sounder ist unter der Typenbezeichnung RUSK SX von der MEDAV GmbH erhältlich. Dieser Channel Sounder basiert auf einer Bandspreiztechnologie (spread spectrum) und bestimmt die Kanalimpulsantwort mit Hilfe eines abgestrahlten breitbandigen Chirp-Signals und eines empfängerseitig implementierten digitalen Korrelationsverfahrens. Zur Verzögerung der Antennensignale können beispielsweise SAW-Filter oder Kabel verwendet werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß vom Meßsender ein Meßsignal abgestrahlt wird, dessen Frequenz, vorzugsweise zeitlinear, einen breiten Frequenzbereich durchläuft und daß empfängerseitig ein digitales Korrelationsverfahren zur Ermittlung der Zeitdispersion angewendet wird, wobei vorzugsweise das Meßsignal einen Frequenzbereich von 120 MHz durchläuft.

Anstelle dieses Meßsignals kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch vorgesehen sein, daß vom Meßsender als Meßsignal ein Pseudo-Rauschsignal abgestrahlt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorzugsweise für Funkeinrichtungen, bei denen die Trägerfrequenz im Bereich zwischen 1,7 bis 2,3 GHz liegt. Eine Anwendung in einem anderen Frequenzbereich ist jedoch nicht ausgeschlossen.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Messung der Zeitdispersion (T_dsn) mit mehreren Antennen am Meßsender erfolgt und daß ferner mit zwei Antennen am Empfänger Diversity-Empfang vorgenommen wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein Beispiel für die Anwendung von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Meßergebnissen bei CDMA-Basisband-Simulationen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein stationärer Meßsender 1 vorgesehen, dessen Ausgangssignal über N Verzögerungsglieder mit den Verzögerungszeiten t1 bis tn zu Antennen A1 bis AN geleitet wird. Der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur nur drei Verzögerungsglieder und drei Antennen dargestellt. Ein Meßempfänger 2 ist zu Zwecken des Diversity-Empfangs mit zwei Antennen E1 und E2 versehen. Die jeweils von den Antennen A1 bis AN abgestrahlten und sich innerhalb des schematisch angedeuteten Raumes 4 ausbreitenden Wellen bilden bei Empfang durch die Empfangsantenne E1 einen ersten Kanal K1 und beim Empfang durch die Antenne E2 einen zweiten Kanal K2. Der Meßempfänger 2 ist mit einem Wegaufnehmer 3 verbunden, wodurch zusammen mit dem Meßergebnis auch der Ort der jeweiligen Messung automatisch aufgezeichnet werden kann.

Die Nutzung von zwei Kanälen mit zwei Antennen, die wenigstens um eine Wellenlänge räumlich versetzt angeordnet werden, läßt die Untersuchung des zusätzlichen Gewinns bei der Einführung von Antennen-Diversity zu.

Fig. 2 zeigt die Verwendung der Meßergebnisse für Simulationen im CDMA-Basisband. Bei dieser in einem Rechner durchzuführenden Simulation sind mehrere Sender S1 bis SM vorgesehen, deren Ausgangssignale überlagert werden. Jeder der M Sender wird mit einem geeigneten Code gespreizt, wodurch auch die sogenannte Inter-User-Interferenz (IUI) berücksichtigt werden kann. Die Ausgangssignale der Sender werden bei 5 überlagert und einer Kanalsimulation 6 zugeführt. In dieser sind die Ergebnisse der Messungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgelegt und werden auf das zugeführte Signal angewendet. Dabei kann zwischen einem Kanal ohne verteilte Antennen und einem Kanal mit verteilten Antennen umgeschaltet werden.

Das somit durch die Kanalsimulation 6 simulierte Empfangssignal wird einem zu prüfenden RAKE-Empfänger 7 zugeleitet. Um dessen Verhalten bei gestörten Signalen zu prüfen, kann bei 8 über einen Addierer 9 ein Rauschsignal zugesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung von Kanaleigenschaften bei Funkeinrichtungen mit Codemultiplex mit verteilten Antennen mit einem Meßsender und einem Meßempfänger, dadurch gekennzeichnet,

- daß mit einer Antenne am Meßsender oder Meßempfänger bei hoher Zeitauflösung die Zeitdispersion der empfangenen Signale in Abhängigkeit vom Ort des Meßempfängers gemessen und aufgezeichnet wird und
- daß ferner mit mehreren Antennen am Meßsender oder Meßempfänger, deren Signale mindestens um den Kehrwert der Bandbreite des Codemultiplex-Signals gegeneinander verzögert sind, die Zeitdispersion der empfangenen Signale in Abhängigkeit vom Ort des Meßempfängers gemessen und aufgezeichnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Zeitdispersion das Delay-spread (T_ds) aus der gemessenen Zeitdispersion berechnet und aufgezeichnet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner aus der gemessenen Zeitdispersion die Leistung der natürlichen und künstlichen Echoanteile berechnet und aufgezeichnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitauflösung 20 ns ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Meßsender ein Meßsignal abgestrahlt wird, dessen Frequenz, vorzugsweise zeitlinear, einen breiten Frequenzbereich durchläuft und daß empfängerseitig ein digitales Korrelationsverfahren zur Ermittlung der Zeitdispersion angewendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal einen Frequenzbereich von 120 MHz durchläuft.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Meßsender als Meßsignal ein Pseudo-Rauschsignal abgestrahlt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz im Bereich zwischen 1,7 bis 2,3 GHz liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Zeitdispersion mit mehreren Antennen am Meßsender mit mehreren individuell einstellbaren Verzögerungsgliedern erfolgt und daß ferner mit zwei Antennen am Empfänger Diversity-Empfang vorgenommen wird.